生物強化在傳統(tǒng)白酒釀造中的應(yīng)用

任 杰

（山西杏花村汾酒廠股份有限公司，山西汾陽 032205）

中國傳統(tǒng)白酒歷史悠久，源遠流長。在不斷演變進化的過程當(dāng)中，逐漸誕生了清香型、濃香型、醬香型、芝麻香型等多種多樣、各具特色的白酒香型及風(fēng)格。白酒中98 %～99 %的成分是水和酒精，其他1%～2%均是含量極低的微量成分。這些微量成分雖然含量極低，卻是把控白酒風(fēng)味的重要物質(zhì)性基礎(chǔ)和條件，它們的存在，在某種程度上直接決定了白酒的香氣、口感、風(fēng)格及質(zhì)量等級等。白酒風(fēng)味物質(zhì)產(chǎn)生的過程本質(zhì)上其實是源自于微生物的代謝活動。在傳統(tǒng)的釀酒工藝過程中，不同的微生物行使著不同的功能，它們細化分工，精密協(xié)作并且相互組合，產(chǎn)生了風(fēng)格迥異的各種類型的白酒。本文將著重介紹白酒中風(fēng)味物質(zhì)的諸多種類及酒醅中的不同功能菌，探討將功能菌作為一種生物強化劑，將其應(yīng)用于白酒傳統(tǒng)發(fā)酵過程中的可能性，為白酒現(xiàn)代化工藝的提升改進提供一定意義理論層面上的科學(xué)借鑒。

1 白酒中的風(fēng)味物質(zhì)

白酒中的風(fēng)味物質(zhì)大致可分為三類：呈香物質(zhì)、呈味物質(zhì)和異味物質(zhì)。呈香物質(zhì)主要是揮發(fā)性物質(zhì)，是白酒香氣的主要來源；呈味物質(zhì)主要是非揮發(fā)性物質(zhì)，在白酒口感上起著非常重要的作用，以上二者對白酒是有益的，在效果上是積極的。異味物質(zhì)則極大地影響白酒的品質(zhì)與口感，使白酒優(yōu)美協(xié)調(diào)、幽雅細膩的感官評價大打折扣。

目前的檢測技術(shù)，在白酒中可以檢測到1800多種揮發(fā)性物質(zhì)和48 種非揮發(fā)性物質(zhì)，包括酯類、酸類、醇類、羰基類、芳香族類、萜烯類和吡嗪類等呈香物質(zhì)，以及中長鏈脂肪酸、多元醇、高級醇、酯類等呈味物質(zhì)；一些雜醇類、醛類、酚類或氨基酸類物質(zhì)，有可能會導(dǎo)致苦澀味；微生物代謝產(chǎn)生的生物胺、甲醇、甲醛等化合物，可能會對人體造成健康風(fēng)險。在不同風(fēng)格的酒體中，這些風(fēng)味物質(zhì)的種類、含量和比例相差甚遠。清香型白酒中的風(fēng)味物質(zhì)組成最為簡單，其關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)是乙酸乙酯、乳酸乙酯和乙酸，氣味活度值（OAV）最大的是辛酸乙酯；在濃香型白酒中的關(guān)鍵風(fēng)味成分是以己酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯和辛酸乙酯為代表的酯類，占到了風(fēng)味物質(zhì)總量的60%；醬香型白酒中的香味物質(zhì)主要是己酸乙酯。

白酒中的風(fēng)味物質(zhì)可以賦予白酒特殊的香味或口感。乙酸乙酯具有菠蘿香、蘋果香和水果香，乳酸乙酯具有甜香、水果香、青草香，己酸乙酯具有甜香、水果香、窖香和青瓜香；有機酸，如乳酸和乙酸，可以賦予酒體豐滿度和酸爽感，減少酒的烈性，掩蓋白酒雜味和苦味，是白酒中主要的協(xié)調(diào)成分及呈味物質(zhì)；戊酸具有窖泥臭、汗臭和酸臭的感覺；多元醇可以賦予酒體獨特的甜味和濃厚感，使得白酒口味綿長；一些含硫化合物，如2-糠硫醇、二甲基三硫、乙硫醇等，也會賦予白酒特殊的香氣；3-甲基吲哚為濃香型基酒中“泥臭味”的關(guān)鍵性化合物。正是由于這些特殊風(fēng)味物質(zhì)的加持，才使得白酒有著各自不同的獨有風(fēng)格。

2 白酒釀造過程中的微生物

微生物的代謝過程是產(chǎn)生白酒風(fēng)味物質(zhì)的根本性、也是關(guān)鍵性原因。微生物種類多樣，環(huán)境條件和釀酒工藝方法不同都會顯著影響微生物代謝活性，進而影響白酒風(fēng)味物質(zhì)的組成。傳統(tǒng)的培養(yǎng)法可以獲得釀酒過程中優(yōu)勢微生物的信息，近年來新興的組學(xué)技術(shù)，可以讓我們更加全面的認識到酒醅微生物的多樣性。

一般來說，霉菌的主要功能是產(chǎn)生多種降解酶，如淀粉酶、纖維素酶、半乳糖苷酶、蛋白酶等，所產(chǎn)生的這些酶可以將原料中的大分子物質(zhì)有效轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，供給其他微生物利用。霉菌在發(fā)酵初期相對豐度最高，隨后相對豐度逐漸降低。酵母屬是乙醇的主要貢獻者，豐度隨著發(fā)酵的進行逐漸升高。醋桿菌屬是主要的乙酸產(chǎn)生菌，而乳桿菌主要產(chǎn)生乳酸，進而形成乙酸乙酯、乳酸乙酯等風(fēng)味物質(zhì)。乳酸菌產(chǎn)生的細菌素可抑制酒醅中其他微生物的生長。梭菌屬可以代謝產(chǎn)生乙酸、丁酸和己酸。戊糖片球菌可以產(chǎn)生乳酸及26種揮發(fā)性物質(zhì)，在清香型白酒的發(fā)酵中發(fā)揮重要作用。從酒醅中分離得到的纖維微菌屬（）放線菌可以產(chǎn)生蛋白酶，其代謝產(chǎn)物中含有乙醇和乙酸。酒醅中某些微生物可以產(chǎn)生纖維素酶，為其他微生物的生長提供還原糖。畢赤酵母是主要的產(chǎn)酯酵母，可以產(chǎn)生大量的乙酸乙酯。宏基因組結(jié)果顯示，醬香白酒第四輪發(fā)酵過程中，乳球菌不僅參與了淀粉降解，而且參與了谷氨酸、2,3-丁二醇、乙酸和乳酸的代謝。芽孢桿菌參與了谷氨酸、瓜氨酸等氨基酸代謝，以及乙酸、乳酸等有機酸代謝。白酒中風(fēng)味物質(zhì)的形成，實際上就是這些微生物在不斷地相互合作、相互協(xié)同、相互制約作用下的最終結(jié)果產(chǎn)物。

氨基甲酸乙酯是存在于傳統(tǒng)白酒中的一類有害化合物，由尿素和瓜氨酸轉(zhuǎn)化而成。研究發(fā)現(xiàn)，酒醅中的乳球菌、芽孢桿菌、片球菌等細菌可以通過精氨酸脫亞氨基酶途徑，將精氨酸轉(zhuǎn)化為瓜氨酸，進而產(chǎn)生氨基甲酸乙酯。但是，某些芽孢桿菌產(chǎn)生的脲酶能將酒中氨基甲酸乙酯降解。因此，釀酒微生物在某些特定條件或者環(huán)境下也可能會產(chǎn)生一些有害物質(zhì)，不利于優(yōu)質(zhì)白酒的產(chǎn)出。

3 生物強化在白酒釀造中的應(yīng)用

在了解釀酒微生物的功能后，為了獲得某種特定的風(fēng)味物質(zhì)，可以嘗試將相應(yīng)的菌種作為生物強化劑應(yīng)用于白酒發(fā)酵中，起到相應(yīng)的積極作用，使白酒品質(zhì)更加人為可控。在實踐中，這種方法已經(jīng)獲得了部分成功。

研究發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)實踐中運用強化大曲，可以提高頂火溫度，增加酒精產(chǎn)量、己酸乙酯產(chǎn)量和淀粉消耗率。在發(fā)酵過程中添加酵母菌、根霉和復(fù)合酶制劑組成的復(fù)合功能菌群后，白酒中總酸含量下降，酯類物質(zhì)增加，高級醇含量減少。將產(chǎn)酯細菌制成麩曲的形式添加到酒醅中，可以增強酒醅的蛋白酶活性，并提高發(fā)酵產(chǎn)品中醇類（如正丙醇、多元醇）、酸類（如乙酸、癸酸、油酸）和酯類（乙酸乙酯、乳酸乙酯等）的含量。將混合功能菌群添加到大曲中制作醬香型白酒，其酒體的醬香、空杯留香、細膩度典型性等指標(biāo)都得到了明顯的改善，大大提高了白酒的品質(zhì)。將白地霉作為生物強化劑應(yīng)用于釀酒過程中，結(jié)果顯示，可以顯著增加酒精產(chǎn)量和總酯產(chǎn)量。發(fā)酵液中加入纖維素酶，可以有效分解纖維素，為釀酒酵母的生長提供還原糖，從而提高原糧利用率和酒精產(chǎn)率。將異常威克漢姆酵母（）和釀酒酵母作為生物強化劑添加到酒醅中，可以顯著提高酒精、高級醇、酯類等風(fēng)味物質(zhì)的含量。將某些特殊功能的優(yōu)良發(fā)酵菌種作為生物強化劑應(yīng)用于生產(chǎn)，可以定向提高目標(biāo)風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)量。

在酒醅中添加芽孢桿菌后，酒體中的四甲基吡嗪含量提高了24倍，但是酒精產(chǎn)量顯著減少。在大曲中添加高酯曲，可以提高清香型白酒大米查酒總酸、總酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯的含量，卻使其產(chǎn)酒量顯著降低。與之類似，將釀酒酵母、伯頓絲孢畢赤酵母（）和葡萄牙棒孢酵母（）混合后添加到酒醅中，己酸乙酯的產(chǎn)量顯著上升，但是酒精含量顯著降低。因此，將生物強化菌株應(yīng)用到釀酒過程，雖然會有一些正面影響，但也可能帶來一些不良后果。

除了提高風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)量,生物強化也可以用于降低某些有害成分的含量。例如，在白酒中，過量的乳酸乙酯會導(dǎo)致口感不爽、放香不足、后味澀雜等問題，嚴(yán)重影響到白酒的品質(zhì),利用丙酸菌可以將乳酸轉(zhuǎn)化為丙酸及乙酸，防止乳酸乙酯的形成。利用產(chǎn)脲酶的菌株作為生物強化劑，可以分解酒醅中的氨基甲酸乙酯，從而控制酒醅中氨基甲酸乙酯含量，從源頭上起到保證食品安全的作用。

4 展望

基于對白酒中風(fēng)味物質(zhì)認識的不斷加深，利用傳統(tǒng)的微生物培養(yǎng)法，篩選產(chǎn)生特殊風(fēng)味物質(zhì)的功能微生物作為生物強化劑，并將其應(yīng)用于白酒發(fā)酵，在目前來看具有很好的發(fā)展?jié)摿?，并且在生產(chǎn)實踐中已有成功的經(jīng)驗。在某些研究結(jié)果中顯示，雖然目標(biāo)風(fēng)味物質(zhì)的含量增加，但是酒精或其他風(fēng)味物質(zhì)的含量顯著減少，這可能是由于外源添加的菌種會利用還原糖作為碳源生長，與酒醅土著微生物產(chǎn)生競爭關(guān)系所導(dǎo)致的。除了目標(biāo)風(fēng)味物質(zhì)，外源菌種也可能產(chǎn)生其他化合物，從而促進或抑制土著微生物的生長，打破酒醅微生物的生態(tài)平衡，改變酒體風(fēng)格。因此，在實際生產(chǎn)實踐應(yīng)用中要慎重篩選應(yīng)用于生物強化的菌株，有選擇性地配套合適的生產(chǎn)工藝，才能使生物強化能夠更好地與生產(chǎn)結(jié)合，服務(wù)于生產(chǎn)。